钢纤维自应力混凝土力学性能试验研究戴建国，黄承逵（大连理工大学土木工程系辽宁大连116023）（SFRSC）的直接拉伸、抗压、劈拉、抗折强度特性。由于钢纤居和基体间的摩阻限制所引入的自应力和钢纤居的三向限制作用，使得钢纤居对于自应力混凝土的增强效应要比对于普通混凝土的高。另外，在现有钢纤居混凝土强度计算模式的基础上通过优化方法得出了对于不同目标自应力等级的自应力混凝土的钢纤居增强效应系数。

　　混凝土实现自应力的方式目前主要有两种：一种是在水泥中加入膨胀剂或用自应力水泥来浇筑限制条件下的混凝土，以实现不同程度的混凝土自应力；另一种是用电热法预热钢筋或采用形状记忆合金作为钢筋，通过温度或环境的变化使钢筋收缩，实现混凝土的自应力。但目前对于后一种自应力混凝土形式的研究较少。在实际工程中，自应力混凝土应用于以下两条途径：a）通过掺加膨胀剂浇筑的低自应力混凝土（1MPa以下），可用来补偿混凝土的干缩，这种补偿收缩混凝土在国内外均得到广泛和成功的应用；（2）完全采用自应力水泥来浇筑混凝土，可产生较大自应力，用于钢筋基金项目：国家自然科学基金资助项目（59879001）混凝土构件中能较大幅度地提高构件的抗裂能力，达到预应力或部分预应力的效果。然而，因为所能达到的自应力能级较低、实际工程中自应力难以计算等原因，有关自应力混凝土的理论和应用研究还很不完善，第二条应用途径的潜力还远未被开发1，目前仅在较小口径的自应力混凝土预制管的生产中有应用。

　　本文将钢纤维和自应力混凝土复合，利用钢纤维的强效应和钢纤维限制膨胀引起的自应力强效应，来提高构件的抗开裂强度，以有利于扩大自应力混凝土的工程应用。将一定量的钢纤维加入到自应力混凝土中，可预期达到以下几方面的效果：（1）通过钢纤维的乱向分布，使混凝土受到三向限制，可提高膨胀能的利用率，亦可避免混凝土在较大的膨胀变形过程中顺筋畸变开裂；（2）实际工程中，可避免自应力混凝土在非限制方向引起较大的自由膨胀，从而防止了其强度的降低或材料各向异性；（3）改善自应力混凝土的早期塑性收缩性，并在一定程度上改善自应力混凝土在干燥条件下的干缩和徐变性能2，降低自应力的损失；（4）通过钢筋产生的自应力、钢纤维的强效应以及钢纤维的限制所产生的自应力强效应的耦合作用，进一步强混凝土结构的裂缝控制能力，使目前设计中许多裂缝宽度控制不足而承载力有余的结构和构件，能既满足裂缝限制条件，又充分发挥其承载能力，优化设计，并产生一定的经济效益。在钢纤维和膨胀混凝土的复合性能研究方面，曰本及我国哈尔滨工业大学、大连理工大学、东南大学等一些高校己经就其变形、力学性能、部分构件性能及工程应用进行了一些研究进行，直接拉伸强度试验按程铁生等人2）所提出的方法进行，其中直接拉伸试件形状及其破坏形态如所示。

　　本文还对钢纤维硫铝酸盐自应力混凝土的变形进行了试验，试件的尺寸为10cmX 10cmX55cm.和强度试件相同，试件在浇注24h后拆模并放入20°的恒温水池中养护。

　　2SFRSC的变形和强机理（a），（b）为不同配比的SFRSC的膨胀变形随龄期的：r<：变化曲线。

　　从可以看出，对于不同配比的SFRSC，其不同龄期的膨胀变形随钢纤维体积分数的加而减小，这是由于钢纤维和自应力混凝土之间的粘结摩阻作用引起的。粘结摩阻的大小体现在自应力混凝土的自由变形和钢纤维限制变形的差值上。随纤维体积分数的加，SFRSC的限制变形减小，自由变形和限制变形差值加，而这种变形差异形成的摩阻力正是产生钢纤维自应力的原因。对于配筋自应力混凝土，可直接根钢纤维自应力混凝土直接拉伸试据钢筋限制产生的变形值求得自应力值，因此钢纤维限制和件及其破坏形态钢筋限制这两者形成自应力的机理不同。Fig此外，钢纤维对于自应力混凝土的强机理有以下几个（hapeandfailure特点：自应力混凝土在不受限制时，由于自由膨胀变形较大，其基体的强度会随目标自应力等级（自由膨胀度）的加而降低，而钢纤维的加入则限制了基体强度的减小。试验发现，目标自应力等级越高，这种作用越明显。因为钢纤维的强效应和基体的和易性有很大关系，自应力混凝土目标自应力等级越高，水泥用量相对越多，越有利于钢纤维发挥其强作用。

　　钢纤维和膨胀基体之间的粘结摩阻所产生的限制作用，使混凝土产生了自应力，这种基体的初始自应力提高了混凝土的抗拉强度。钢纤维含量越高，自应力混凝土在自由条件下的变形与在钢纤维限制下的变形差异越大，则自应力强效应也越大。

　　SFRSC自应力的大小与钢纤维含量、钢纤维长径比、基体强度等有密切关系，而它们也是钢纤维强普通混凝土的重要影响因素。因此，要进行钢纤维自应力混凝土设计和应用的前提是如何在己有的普通钢纤维混凝土强度计算式的基础上，建立起一个合适的强度理论表达式。

　　下文将通过SFRSC的强度试验结果来讨论其强度表达式的建立过程。

　　钢纤维自应力混凝土的变形3SFRSC的强度试验结果为1SFA配合比同钢纤维体积分数下下的直接拉伸靡压、劈拉抗折强度试验。cnkL结果。

　　表1钢纤维自应力混凝土的强度试验结果从表1可以看出，在不同配比下，SFRSC的各类强度均随钢纤维体积分数的加而明显加，而且在自应力混凝土的自由膨胀度（按配比1 ~3渐）较大时，钢纤维的强作用更加明显，说明此时纤维的强作用和有效限制基体强度降低的作用同时得到了体现。这也从另一个侧面说明，在目标自应力等级较高的自应力结构中，尤其是在单向或双向配筋限制的构件中，钢纤维的三维限制作用将很明显。

　　根据普通钢纤维混凝土的强机理，钢纤维抗折（或抗拉）强度的表达式为，故假设SFRSC的抗折（或抗拉）强度的表达式为起的自应力的耦合强系数。

　　9）=（1+（1+3沁/）一'/（其中的'/为实测值），利用优化方法，使目标函数的平方和趋于*小，可得出不同配比下的ks值。试验还发现，钢纤维对自应力混凝土的抗压强度也有明显影响，而中则认为钢纤维对混凝土的抗压强度无明显影响，没有提出抗压强度强系数的概念。为体现钢纤维对自应力混凝土抗压强度的影响，将钢纤维对自应力混凝土的抗拉、抗压、抗折强度强系数（1+ks）a，列于表2中。

　　从表2可以看出，钢纤维对自应力混凝土表2钢纤维自应力混凝土的强度强系数（1+k>m强效应明显，但在目标自应力等级较高时，这Mixproportion（1+ks）a种抗压强度的强作用不可忽视。本文对同种CompressiveDirecttensileFlex ural纤维强的普通混凝土（设计强度等级同自应10.20305310625力混凝土）也进行了试验研究，得出该种纤维对2043706900812普通混凝土的抗拉、抗折强度强系数分别为30578118009370.45和0.53，验证了钢纤维对自应力混凝土的强系数高于普通混凝土的推论，说明用钢纤维强自应力混凝土是十分可行的。

　　钢纤维自应力混凝土的劈拉强度试验和普通钢纤维混凝土一样，所测得的强度值和实际强度值相差较大；而因为在实际工程中测试直接拉伸强度又比较困难，所以本文根据试验资料，回归出SFflSC的直接拉伸强度和劈拉强度的换算系数为0= 55l5fa与普通钢纤1维混凝土差别明显如何进行inkl抗压强度的强效应虽没有抗拉、抗折强度的Table劈拉强度和直接拉伸强度的换算需要进行进一步的研究。

　　4结论钢纤维掺入膨胀混凝土或自应力混凝土之后，不仅具有它对于普通混凝土的强效应，而且还能通过其与膨胀基体之间的粘结摩阻力引入三维自应力，使强效应明显提高。

　　钢纤维自应力混凝土的抗拉（或抗折）强度表达式可采用和普通钢纤维混凝土相同的形式，但的钢纤维自应力耦合强系数需要更多的试验资料加以确定。

　　在目标自应力等级较高的自应力混凝土结构中，加入钢纤维更具意义。这是因为钢纤维强系数随目标自应力等级的加而加，而且在实际工程中可避免自应力混凝土在膨胀较大时所形成的顺筋畸变以及非配筋限制方向的强度劣化。

　　在配筋条件下，钢纤维对于自应力混凝土的变形限制和强机理将会与SFRSC有所不同，而且自应力混凝土在钢纤维和钢筋的共同限制作用下将产生更大的自应力，这需要作更深入的研究。